結合水域生態特色拓展《植物與植物生理學》第二課堂

蔡春爾

（上海海洋大學 海洋生態與環境學院，上海 201306）

作為本校生態學專業的必修課，植物與植物生理學課程兼容了植物學與植物生理學兩方面內容，主要從植物形態、組成、生理和環境相互作用等方面引導學生系統地掌握其基本概念、原理、重要生理代謝機制等理論知識及重要研究方法，同時培養實驗技能，將理論知識與人類日常生活對生態環境的影響、作物栽培及生產實踐緊密結合，解決生產中出現的有關實際問題[1]。

1 課程發展現狀

學校在該課程其他專業的以往教學中，引入了Seminar 教學法，讓學生在教師的引導下尋找感興趣的知識點并進行擴展，交流學習心得。首先，針對植物生理學的新進展, 認真思考，精心設計主題；其次，分組選好課題，讓學生利用圖書館和網絡資源等廣泛收集材料，分門別類寫出要點并準備課件；最后，小組代表上臺講解，大家一起討論[2]。從四個專業學生（園林，環境科學，生物技術，水產養殖）歷時五年的結果看，盡管討論主題因年齡和專業各有差異，但豐富多彩的植物世界和五花八門的討論主題總體提高了學生學習理論知識的積極性，且其主要關注點逐漸從植物的形態向光合作用、生長發育以及各種應用發展[3]?？傮w看來，該方法培養了學生的獨立學習、課件制作、口頭表達和團隊合作等多方面能力。不同年齡、不同專業的學生其興趣點有差異，所選擇的主題也不一樣，同時該課程注重理論課和實驗課的緊密結合，在理論與實踐密切結合中不斷發展更新。讓學生了解植物在生態系統中的地位，學習植物細胞、組織、器官的基本形態特征。同時，讓學生親身觀察植物厚壁、厚角、分泌和基本組織等，辨識描繪并動手制作營養器官的切片；通過小液流法測定植物水勢，加深對植物水分吸收的了解；通過小孔擴散實驗，分析葉片蒸騰作用；通過葉片浮力作用測定光合作用中氧氣的釋放。實驗課的開展使學生在了解基本實驗技能的同時，鞏固所學理論知識[4]。

2 課程拓展平臺

生態學專業的學生不僅要了解植物作為綠色生態的重要組成部分，還要理解其對人類生活環境改善的重要作用，需要將知識和技能轉化為創新能力并應用于實踐。利用第二課堂、創新項目、社會實踐等方式，可以使學生們進入更廣袤的植物世界去探索未知、啟發拓展性思考、激發豐富想象力。在這方面，生態學專業所依托的水域環境研究中心可以為第二課堂的開展提供更多的空間。

上海海洋大學海洋生態與環境學院的水域環境研究中心成立于2001 年，2006 年改名為 “水域環境生態工程研究中心”，2008 年被上海市教委批準為“水域環境生態上海高校工程研究中心”。該工程研究中心開展的科學技術研究與國家需求緊密結合，“十一五”和“十二五”期間，已承擔了國家水專項課題、國家海洋局科研項目課題、國家863 項目、國家自然科學基金、國家科技支撐計劃項目、國家科委與上?？莆啦ｍ椇蜕虾Ｊ锌莆椖康?0 多項縱向課題和200 多項橫向工程項目，總經費超過了1×108元。發表論文600 多篇，獲國家專利60 多項。在養殖海區大型海藻生態修復產業鏈研究，涉海工程生物影響與修復技術，紫菜栽培、加工、出口產業鏈的開發，富營養化水域生態修復與控藻工程技術研究與應用，上海世博園水體生態景觀系統關鍵技術研究與應用等方面獲得多項省部級獎勵，并在2010 年度獲得美國景觀設計最高獎——綜合景觀設計杰出獎和西班牙最佳景觀獎。水域環境生態上海高校工程研究中心目前有3 個主要研究方向：①水域環境監測與生態安全評估研究，主要包括海洋與內陸水域生態環境監測與評價、海洋生物災害監測與防控、海洋遙感監測研究室3 個功能實驗室；②水域生態修復與生態景觀工程研究，主要包括近海與內陸水域生態系統與分子生態、生態修復工程、生態景觀工程3 個工程實驗室；③水域生態裝備與產業化研究，主要包括水源保護區保護工程、近海與內陸水域生態修復裝備、水生生物資源化利用實驗室。這些平臺可以為生態學專業學生提供課外鍛煉提升的平臺。

3 課程拓展領域和實例

結合上述平臺的部分研究積累，以及《植物與植物生理學》課程的教學實踐，現初步提出第二課堂4 大課程拓展領域。

3.1 基于水生植物生態修復水體的拓展課堂

如利用伊樂藻、苦草、輪葉黑藻、光葉眼子菜和菹草等沉水植物投放待修復水體，定期監測水體中總氮、銨態氮、硝態氮、亞硝態氮、總磷和活性磷酸鹽等水質指標，分析不同沉水植被栽培凈化水質的效果[5,6]。水體透明度低是湖泊生態修復中的重要瓶頸，而懸沙是影響透明度的主要原因，可以研究不同濃度梯度的懸沙脅迫下，沉水植被對水體中營養鹽的去除效果[7,8]。沉水植被吸收營養鹽受時間和空間等多種因素影響，可以建立模型，通過植物體相對生長率、氮磷吸收速率、個體大小和密度等研究其對營養鹽吸收的動力學特征[9,10]。

3.2 基于水生植物光合生理的拓展課堂

利用葉綠素熒光儀和氧電極等研究水生植物不同發育階段的光合作用強度，通過最大凈光合速率、光飽和點和暗呼吸速率等光合生理參數測定光響應曲線[11,12]。測定不同光強和二氧化碳濃度對水生植物Rubisco 酶在蛋白核內外分布的影響，并通過黑暗處理與光合作用阻斷劑等進行對比[13]。分析不同光照強度和鹽度對水生植物光合生理的影響，并通過生長率、成活率、色素含量及其吸收光譜加以印證[14,15]。

3.3 基于水生植物結構成分分析的拓展課堂

全面分析水生植物結構成分，包括蛋白質、粗脂肪、粗纖維、灰分、礦物質元素、氨基酸、脂肪酸和葉綠素等含量。運用響應面分析法優化提取工藝，并針對上述不同處理條件下的水生植物，測定主要營養成分的含量變化。比較同一水體中不同修復效果的沉水植物在修復前后的結構成分變化。

3.4 基于水生植物與環境相互作用的拓展課堂

研究綠潮藻與赤潮藻的克生效應，如研究綠潮藻新鮮組織、干粉末、培養水過濾液和水溶液抽提液對赤潮藻生長的克生作用。分析高溫、高鹽、強光和紫外輻射對藻類孢子或配子附著、萌發和幼苗生長的影響，并通過顯微觀察，水樣熒光儀測定等加以定量。分析水生植物對鎘、鉛等重金屬的吸附作用，通過測定解離常數、以及吸附平衡和吸附速度實驗加以描述。

4 結束語

Seminar 教學法激發了學生的學習興趣，實驗操作又使學生鍛煉了動手能力。在此基礎上，文章結合生態學專業特點與所依托的水域環境研究平臺的實踐，提出將該課程向第二課堂推進，并從水生植物生態修復水體、光合生理、結構成分分析及與環境相互作用等方面提出構想，通過拋磚引玉，進行深入探討，旨在讓學生在理論課堂之外獲得更多鍛煉，促進課程、專業和學科的遞進發展。